土星の小さな衛星ミマスにも海があるようです

かつては排他的だった海洋を擁する太陽系天体のクラブは、ますます混雑しつつある。 水曜日、ネイチャー誌は、土星の衛星ミマスのクレーターだらけの地殻の下に地下海があるという証拠を示す論文を発表した。 この海洋の証拠は、海洋の存在以外の何物によっても説明が不可能に見える軌道の奇妙さの形で現れます。

ソリッドなルックス

土星の 7 つの主要な衛星のうち、ミマスは土星の最も近くを周回し、一周するのに 1 日もかかりません。 これは主要な衛星の中で最も小さく、直径は 400 キロメートル（約 250 マイル）弱です。 その小さなサイズにもかかわらず、ミマスには太陽系の衛星で 2 番目に大きなクレーターがあります。 ハーシェル クレーターは月の表面を支配しており、デス スターを彷彿とさせる外観を与えています。

ハーシェルの外でも、月の表面にはクレーターがたくさんあり、月の歴史のほとんどの間、表面が静止していたことを示唆しています。 これは、エウロパやエンケラドゥスのような衛星とは顕著な対照的である。衛星では、地下の海洋によって表面が絶えず再構築され、クレーターの歴史がまばらに残る。 したがって、ミマスは海洋を誘致する候補者としては非常に貧弱であるように思われた。

しかし、いくつかの奇妙な点は、海の可能性を排除できないことを意味しました。 土星に近いため、月は土星に潮汐的に固定され、その回転はその軌道と同期し、月の片面は常に惑星の表面に面しています。 しかし、カッシーニのミッションからのデータは、同期が正確ではないことを示しました。 回転のわずかなぐらつきは、いくつかの軌道の後、回転がわずかに速くなることを意味します。 他の人に続いて、速度が低下しました。

その考えられる説明の 1 つは、地下の海洋です。 しかし、別の考えとしては、ミマスの岩石の核は奇妙な形をしており、土星や他の衛星の重力によって、軌道ごとにいくらか異なるトルクを与える機会が生じているということだ。 地下に海洋があることを示唆するような表面地質が欠如しているため、後者の選択肢が支持されているようです。

しかし2022年、研究者らはミマスに作用する潮汐力によって生成されるエネルギー量を計算し、かなりの量の月の氷を溶かして地下に海を作り出すのに十分な量であることが判明した。 説得力がある一方で、この証拠はミマス自体の観察からのヒントではなく、計算に基づいていました。

軌道の奇妙さ

そこで、私たちは新しい論文にたどり着きました。この論文は、やはりカッシーニのデータを使用して、ミマスの軌道力学の別の側面に焦点を当てたヨーロッパの科学者の小さなチームによって書かれました。 ミマスは土星の周りを楕円軌道で公転しており、時間の経過とともに軌道の長軸が土星に対して移動します。 これは、惑星や他の衛星によって生成される重力によっても引き起こされ、月の内部がどうあるべきかを推定する完全に独立した方法を提供します。

繰り返しになりますが、奇妙な形をした岩石の核は、私たちがこれまでに見てきた軌道の変化と一致していました。 しかし、軌道と回転の両方のぐらつきと一致する岩石コアを設計しようとすると、事態は非常に奇妙なものになります。 コアは長方形のパンケーキ型の円盤である必要があり、その形状は非常に極端で、円盤の端が月の氷の表面の両端から突き出るほどです。 研究者らは「これは観察と矛盾する」と辛口に指摘している。

海洋の方がはるかに良い選択肢のようです。 研究者らは海洋の範囲を推定し、それが潮汐加熱に基づく上記の推定値とほぼ一致することを発見した。

では、なぜ月の表面にはこの海の兆候が見られないのでしょうか? 研究者らは現在の状況と軌道から始めて、ミマスの歴史を過去に遡って投影し、潮汐力によって放出されるエネルギー量を推定している。 これらの計算は、2,500 万年前には海は存在しなかった、つまり十分な熱が生成されていなかったことを示しています。 ミマスの核の性質によっては、それが存在したのはわずか 300 万年前である可能性があります。

なぜ今海が現れたのかについての説明の一つは、ミマスが他の衛星と相互作用し、それによって軌道の離心率が増大し、それによって潮汐力が増大したということである。 あるいは、土星の環がいくつかの研究で示唆されているように最近のものである場合（この議論はまだ物議を醸しているが）、環の形成につながった出来事がミマスの軌道にも影響を与えた可能性がある。

どのような種類のデータがこれらの可能性を整理するのに役立つかは明らかではありません。 しかし、現在、天文学者たちが役立つかもしれないことを考えようとする十分な動機を持っていることは明らかです。

自然、2024。DOI: 10.1038/s41586-023-06975-9 (DOI について)。